JPH09178589A - 圧力センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 、耐熱温度が高くて高温環境で使用できる圧
力センサの製造方法を提供する。 【解決手段】 挿通穴１ａを有する樹脂製の基台１と、
挿通穴１ａに挿通されて測定対象である流体が流入する
金属製の圧力導入管２と、ガラス台座３ｂに搭載され圧
力を電気信号に変換する圧力センサチップ３と、圧力セ
ンサチップ３とワイヤボンディングでもって電気的に接
続され基台１に固着された端子１１と、を備え、流体の
圧力を測定する圧力センサの製造方法において、前記ガ
ラス台座３ｂが前記圧力導入管２の基端部端面２ｃに気
密接合される接合工程と、次いで、前記圧力導入管２を
前記挿通穴１ａに挿通した状態で固着する固着手段でも
って前記圧力導入管２を前記基台１に取り付ける取付工
程と、を有する構成にしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気等の流体の圧
力を測定する圧力センサの製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の圧力センサとして、図４
に示す構成のものが存在する。このものは、挿通穴Ａ１
を有する樹脂製の基台Ａと、挿通穴Ａ１に挿通されて測
定対象である流体が流入する金属製の圧力導入管Ｂと、
ガラス台座Ｃ１に搭載され圧力を電気信号に変換する圧
力センサチップＣと、圧力センサチップＣと電気的に接
続され基台Ａに固着された端子Ｄと、を備えている。

【０００３】このものの製造方法は、基台Ａと圧力導入
管Ｂの基端部Ｂ１とを一体成形でもって固着して、次い
で、圧力導入管Ｂを基台Ａに固着した状態で、圧力導入
管Ｂの基端部端面Ｂ２にガラス台座Ｃ１を半田又は接着
剤でもって気密接合していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の圧力セ
ンサの製造方法では、測定対象である流体が流入する流
入孔Ｂ３が遮蔽されるように、圧力センサチップＣのガ
ラス台座Ｃ１が圧力導入管Ｂの基端部端面Ｂ２に気密接
合されるから、流体が漏れることなく、流体の圧力を測
定できる。

【０００５】しかしながら、気密接合時の接合温度が略
摂氏２５０度以上の高温になると、圧力導入管Ｂと端子
Ｄとが一体になっているから、ワイヤボンディング性を
よくするために端子Ｄの表面にメッキされたＡｇが高温
になって端子Ｄに拡散する。その結果、端子Ｄの表面が
酸化してワイヤボンディングが困難になっていた。した
がって、気密接合時の接合温度を略摂氏２５０度以下に
する必要があり、低融点接合材だけしか使用できず、高
温環境で使用できる圧力センサを実現できなかった。

【０００６】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、耐熱温度が高くて高温環
境で使用できる圧力センサの製造方法を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、請求項１記載のものは、挿通穴を有する樹脂製
の基台と、挿通穴に挿通されて測定対象である流体が流
入する金属製の圧力導入管と、ガラス台座に搭載され圧
力を電気信号に変換する圧力センサチップと、圧力セン
サチップとワイヤボンディングでもって電気的に接続さ
れ基台に固着された端子と、を備え、流体の圧力を測定
する圧力センサの製造方法において、前記ガラス台座が
前記圧力導入管の基端部端面に気密接合される接合工程
と、次いで、前記圧力導入管を前記挿通穴に挿通した状
態で固着する固着手段でもって前記圧力導入管を前記基
台に取り付ける取付工程と、を有する構成にしてある。

【０００８】請求項２記載のものは、請求項１記載のも
のにおいて、前記固着手段が、前記挿通穴を外囲して前
記基台に突出して設けられた突出リブの熱着でもって行
われる構成にしてある。

【０００９】請求項３記載のものは、請求項１記載のも
のにおいて、前記固着手段が、前記圧力導入管の外周に
設けられた雄ねじと前記挿通穴に設けられた雌ねじとの
ねじ螺合でもって行われる構成にしてある。

【００１０】請求項４記載のものは、請求項１記載のも
のにおいて、前記固着手段が、成形樹脂を射出する前記
基台の射出成形でもって行われる構成にしてある。

【００１１】請求項５記載のものは、請求項１記載のも
のにおいて、前記気密接合が、高温半田又は低融点ガラ
スを使用して行われる構成にしてある。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態を図１に基
づいて以下に説明する。図１において、（ａ）はガラス
台座が気密接合された圧力導入管を、（ｂ）は基台を、
（ｃ）は圧力導入管を基台に取り付けた状態を示す。

【００１３】１は基台で、絶縁性の樹脂により、内部に
挿通穴１ａを有し、一端部１ｂが円筒状で一端部１ｂか
ら略直角方向に伸長して収容空間１ｃを有した略四角形
状の収容部を設けて、収容空間１ｃが挿通穴１ａに連通
している。さらに、両側方に端子１１を固着し、突出リ
ブ１ｄを設けている。

【００１４】突出リブ１ｄは、リング状に成形され、挿
通穴１ａを外囲して基台１から収容空間１ｃに突出して
設けられて、外周側側方に溝を有している。端子１１
は、基台１の内部に配された内部端子１１ａと外部に配
され折曲形成された外部端子１１ｂとを有し、内部端子
１１ａが、ワイヤボンディングでもって、後述する圧力
センサチップ３の電極と電気的に接続されている。

【００１５】２は圧力導入管で、鋼又はステンレス等の
金属により、円筒状であり、測定対象である流体が流入
し外部に貫通した流入孔２ａを有し、基端部に鍔部２ｂ
を設けている。

【００１６】３は圧力センサチップで、シリコン半導体
素子により、シリコンダイヤフラム３ａ上にピエゾ抵抗
を配することによって歪みゲージが形成され、軸孔３ｃ
が設けられパイレックスガラスからなるガラス台座３ｂ
に搭載され、流体の圧力を電気信号に変換する。また、
シリコン半導体素子と圧力導入管２との熱膨張率の差が
ガラス台座３ｂでもって緩衝される。

【００１７】４はワイヤで、Ａｕ又はＡｌの金属細線で
あり、端末がワイヤボンディングによって内部端子１１
ａ及び圧力センサチップ３の電極と接続している。

【００１８】このものの製造方法を説明する。まず、圧
力センサチップ３がガラス台座３ｂ上に密着固定して搭
載される。次いで、流入孔２ａが圧力センサチップ３に
よって遮蔽されるよう、ガラス台座３ｂが、高温半田又
は低融点ガラスを溶融させることによって、圧力導入管
２の流入孔２ａの軸と略一致させて、圧力導入管２の基
端部端面２ｃに気密接合される。このときの接合温度は
略摂氏２５０度乃至５００度であり、高温半田又は低融
点ガラスは高融点接合材であって、ガソリン蒸気等の有
機溶媒に対する耐腐食性に優れる。

【００１９】次いで、圧力センサチップ３がガラス台座
３ｂ上に気密接合された状態で、圧力導入管２が基台の
挿通穴１ａに挿通されると、突出リブ１ｄが、圧力導入
管２の鍔部２ｂの基端部端面２ｃ外周を外囲し突出して
位置する。この状態で、突出リブ１ｄがレーザビーム照
射でもって加熱されて、圧力導入管２の鍔部２ｂと基台
１とを熱着して、圧力導入管が前記基台に取り付けられ
る。

【００２０】次いで、内部端子１１ａが圧力センサチッ
プ３の電極とワイヤ４を使用してワイヤボンディングで
もって電気的に接続される。このとき、内部端子１１ａ
は、圧力センサチップ３が圧力導入管２に気密接合され
るその気密接合時に熱履歴を受けておらず、したがっ
て、内部端子１１ａ表面にメッキされたＡｇが拡散して
いないのでワイヤボンディングは正常にできる。

【００２１】このものの動作を説明する。空気等の流体
は、圧力導入管２の流入孔２ａに導入されて、このと
き、圧力センサチップ３が、圧力導入管２の流入孔２ａ
が遮蔽されるように圧力導入管２の基端部端面２ｃに気
密接合されているから、漏れることがない。流体の圧力
が圧力センサチップ３に負荷されると、圧力センサチッ
プ２に形成されたシリコンダイヤフラム３ａが、流体の
圧力と大気圧との差に比例して撓む。

【００２２】そして、シリコンダイヤフラム３ａ上に形
成されたピエゾ抵抗の抵抗値が撓みの大きさに比例して
変化し、この抵抗値を電気信号として端子１１に出力し
て、流体の圧力と大気圧との差圧に基づいて流体の圧力
を測定する。

【００２３】かかる第１実施形態の圧力センサの製造方
法にあっては、上記したように、接合工程で、ガラス台
座３ｂと圧力導入管２単体とを気密接合して、次いで取
付工程で圧力導入管２と端子１１が設けられた基台１と
を固着するから、気密接合時に端子１１が存在しないの
で接合温度を高温化して高融点接合材を使用することが
でき、端子１１表面が酸化した従来と異なって酸化せず
ワイヤボンディングを正常に行って、耐熱温度の高い高
温環境で使用できる圧力センサを製造できる。

【００２４】また、固着手段が挿通穴１ａを外囲して基
台１に設けられた突出リブ１ｄの熱着でもって形成され
るから、レーザビーム照射での加熱によって圧力導入管
２の基端部端面２ｃの外周部へ突出リブ１ｄが溶融し
て、圧力導入管２を基台１に短時間に取付できる。

【００２５】また、気密接合が、高温半田又は低融点ガ
ラスを使用して形成されるから、圧力を測定する流体が
ガソリン蒸気等の有機溶媒であっても腐食されることが
なく、有機溶媒を含んだ流体の圧力を測定できる。

【００２６】なお、第１実施形態では、固着手段を突出
リブ１ｄの熱着でもって形成したが、基台１の挿通穴１
ａの内周又は圧力導入管２の鍔部２ｂ外周に接着剤を塗
布し接着でもって行ってもよく、限定されない。

【００２７】また、第１実施形態では、突出リブ１ｄを
挿通穴１ａを外囲して挿通穴１ａの全周に設けたが全周
の一部だけでもよく、限定されない。

【００２８】本発明の第２実施形態を図２に基づいて以
下に説明する。なお、第２実施形態では第１実施形態と
異なる製造方法について述べることとし、第１実施形態
と実質的に同一機能を有する部材については同一符号を
付してある。図２において、（ａ）はガラス台座が気密
接合された圧力導入管を、（ｂ）は基台を、（ｃ）は圧
力導入管を基台に取り付けた状態を示す。

【００２９】基台１は挿通穴１ａの内周に雌ねじ１ｅが
設けられ、圧力導入管２は鍔部２ｂ外周に雄ねじ２ｄが
設けられている。このものの製造方法を説明する。接合
行程は第１実施形態と同様であり、ガラス台座３ｂが圧
力導入管２の基端部端面２ｃに気密接合される。次い
で、取り付け工程で、圧力導入管２の鍔部２ｂに設けら
れた雄ねじ２ｄが基台１の挿通穴１ａに設けられた雌ね
じ１ｅと螺合されて、圧力導入管２が基台１に挿通され
て固着される。

【００３０】かかる第２実施形態の圧力センサの製造方
法にあっては、上記したように、固着手段が、圧力導入
管２の外周に設けられた雄ねじ２ｄと挿通穴１ａに設け
られた雌ねじ１ｅとのねじ螺合でもって行われるから、
圧力導入管２に基台１を取付けるための新規設備を必要
とせずコストが安価となる。

【００３１】本発明の第３実施形態を図３に基づいて以
下に説明する。なお、第３実施形態では第１実施形態と
異なる機能について述べることとし、第１実施形態と実
質的に同一機能を有する部材については同一符号を付し
てある。

【００３２】射出金型５は、上型５１が円形状の穴５１
ａを有し、穴５１ａを外囲して円形状の突出部５１ｂを
有しさらに突出部５１ｂを外囲して断面略コ字状で四周
辺が接続した凹溝５１ｃを設けている。下型５２が、段
差を有する挿通穴５２ａと５２ｂを有し挿通穴５２ｂに
連通し四周辺が接続した凹部５２ｃを設けている。

【００３３】このものの製造方法を説明する。接合行程
は第１実施形態と同様であり、取り付け工程で、ガラス
台座３を気密接合した圧力導入管２が射出金型５の下型
５２の挿通穴５２ａに挿通されて、端子１１が下型５２
に装着される。下型５２に上型５１を覆設し、圧力セン
サチップ３が穴５１ａに収容されて、この状態で成形樹
脂を射出して射出成形する。射出された樹脂が、凹溝５
１ｃ、穴５２ｂ及び凹部５２ｃにそれぞれ充填されて、
穴５２ｂに充填された樹脂が、挿通穴１ａを有して端子
１１を固着した基台１を形成する。このとき、穴５２ｂ
に充填された樹脂が圧力導入管２の基端部２ｂに固着し
て、基端部２ｂと基台１の挿通穴１ａの内周とが固着さ
れることになる。

【００３４】かかる第２実施形態の圧力センサの製造方
法にあっては、上記したように、固着手段が基台１を形
成する射出成形でもって行われるから、基台１の形成及
び基台１と圧力導入管２との固着が同じ金型５内で同時
に進行することになって、基台１と圧力導入管２との相
対的な寸法精度が向上する。

【００３５】なお、第３実施形態では、圧力導入管２の
基端部端面２ｃを平面としたが、基端部端面２ｃに侵入
するバリを遮断したいときは、基端部端面２ｃに段差を
設けてその突出面を上型５１の穴５１ａ内部に位置させ
たバリ切り構造としてもよい。

【００３６】

【発明の効果】請求項１記載のものは、接合工程で、ガ
ラス台座と圧力導入管単体とを気密接合して、次いで取
付工程で圧力導入管と端子が設けられた基台とを固着す
るから、気密接合時に端子が存在しないので接合温度を
高温化して高融点接合材を使用することができ、端子表
面が酸化した従来と異なって酸化せずワイヤボンディン
グを正常に行って、耐熱温度の高い高温環境で使用でき
る圧力センサを製造できる。

【００３７】請求項２記載のものは、請求項１記載のも
のの効果に加えて、固着手段が挿通穴を外囲して基台に
設けられた突出リブの熱着でもって行われるから、加熱
によって圧力導入管の基端部端面の外周部へ突出リブが
溶融して、例えばレーザビーム等を使用して圧力導入管
を基台に短時間に取付できる。

【００３８】請求項３記載のものは、請求項１記載のも
のの効果に加えて、固着手段が圧力導入管の外周に設け
られた雄ねじと挿通穴に設けられた雌ねじとのねじ螺合
でもって行われるから、圧力導入管に基台を取付けるた
めの新規設備を必要とせずコストが安価となる。

【００３９】請求項４記載のものは、請求項１記載のも
のの効果に加えて、固着手段が基台を形成する射出成形
でもって行われるから、基台の形成及び基台と圧力導入
管との固着が同じ金型内で同時に進行することになっ
て、基台と圧力導入管との相対的な寸法精度が向上す
る。

【００４０】請求項５記載のものは、請求項１記載のも
のの効果に加えて、気密接合が、高温半田又は低融点ガ
ラスを使用して行われるから、圧力を測定する流体がガ
ソリン蒸気等の有機溶媒であっても腐食されることがな
く、有機溶媒を含んだ流体の圧力を測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す断面図である。

【図２】本発明の第２実施形態を示す断面図である。

【図３】本発明の第３実施形態を示す断面図である。

【図４】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 基台 １１ 端子 １ａ 挿通穴 １ｄ 突出リブ １ｅ 雌ねじ ２ 圧力導入管 ２ｃ 基端部端面 ２ｄ 雄ねじ ３ 圧力センサチップ ３ｂ ガラス台座

フロントページの続き (72)発明者 谷口 直博 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 挿通穴を有する樹脂製の基台と、挿通穴
   に挿通されて測定対象である流体が流入する金属製の圧
   力導入管と、ガラス台座に搭載され圧力を電気信号に変
   換する圧力センサチップと、圧力センサチップとワイヤ
   ボンディングでもって電気的に接続され基台に固着され
   た端子と、を備え、流体の圧力を測定する圧力センサの
   製造方法において、 前記ガラス台座が前記圧力導入管の基端部端面に気密接
   合される接合工程と、次いで、前記圧力導入管を前記挿
   通穴に挿通した状態で固着する固着手段でもって前記圧
   力導入管を前記基台に取り付ける取付工程と、を有する
   ことを特徴とする圧力センサの製造方法。
2. 【請求項２】 前記固着手段が、前記挿通穴を外囲して
   前記基台に突出して設けられた突出リブの熱着でもって
   行われることを特徴とする請求項１記載の圧力センサの
   製造方法。
3. 【請求項３】 前記固着手段が、前記圧力導入管の外周
   に設けられた雄ねじと前記挿通穴に設けられた雌ねじと
   のねじ螺合でもって行われることを特徴とする請求項１
   記載の圧力センサの製造方法。
4. 【請求項４】 前記固着手段が、成形樹脂を射出する前
   記基台の射出成形でもって行われることを特徴とする請
   求項１記載の圧力センサの製造方法。
5. 【請求項５】 前記気密接合が、高温半田又は低融点ガ
   ラスを使用して行われることを特徴とする請求項１記載
   の圧力センサの製造方法。